自剥落醇基铸铁涂料

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1、自剥落醇基铸铁涂料浅红色的【摘要】经过大量试验及生产验证，研制出新型浅红色自剥落醇基铸铁涂料。 涂料颜色容易与呋喃树脂砂区分， 铸件落砂时涂料自动从铸件表面脱落或经轻微 敲击后剥落。铸件表面光滑平整，涂料具有较宽的烧结温度，适应壁厚不同，大 小不一的各类铸铁件。一、概述铸造生产中为提高铸件表面质量，最常用的方法是在铸型表面涂覆一层涂 料。石墨粉涂料具有耐火度高，价格便宜，在浇注温度下能析出光亮碳，在涂料 表面形成保护膜， 能降低铁液对铸型的润湿能力，防止粘砂缺陷， 落砂时铸件容 易清理的特点， 是目前铸铁生产过程中使用较多的涂料。但石墨涂料颜色深， 与 呋喃树脂砂颜色接近， 存在误判漏涂的可能

2、。 而且铸件清理时会有大量粉尘，污 染环境，危害健康。 国内许多科研院所也一直开发研制浅色烧结剥离型涂料。但 存在同一配方不适合大小不一的铸件使用。为此，我们开发了一种浅红色铸铁涂 料。该涂料涂层通过烧结、反应及反应烧结，在铸件表面结壳起翘，清理时涂料 会自动从铸件表面脱落或经轻微敲击后剥落。铸件表面光滑平整。 涂料具有较宽 的烧结温度，适应壁厚不同，大小不一的各类铸铁件。二、涂料组分、配比及制备耐火骨料铝矾土属于硅 -铝系耐火骨料， 由高铝矾土原矿经过13001500高温煅烧 得到刚玉质铝矾土熟料，来源广泛，成本低廉。铝矾土主要矿物组成为刚玉 （-Al2O3）和莫来石（ Al2O3.SIO2

3、），高温线膨胀系数小，热稳定性好，其 耐火度 1770。铝矾土在浇注温度下不和金属氧化物生成低熔点物质，同时金 属液及其氧化物对铝矾土的浸润性比较低，具有良好的抗粘砂性。 综合考虑骨料 在高温下与液态金属的浸润性和耐火度，以及铸件表面质量和铸件成本， 选用铝 矾土作为耐火骨料。铝矾土的主要成分及物理性能见表。2. 烧结助剂的选择理论研究表明， 如果涂料中存在特定的金属氧化物，能在金属液浇注时促进 涂料固液区间的扩大和低熔点混合物的形成。这些低熔点混合物可以很好地浸润 涂料中的耐火骨料颗粒， 且结构相近， 容易与耐火骨料发生熔解渗透晶相重 组等变化， 形成烧结层， 阻碍金属液进一步渗透。 由于涂

4、料烧结层与金属的收缩 率相差较大，而且涂料的内应力大于与铸件的粘附力，使烧结层易于剥落。该涂料选用以下三种烧结助剂。（1）氧化铁红用于补偿金属在浇注温度下生成的含铁氧化物，与砂型表面 的硅铝系反应的消耗， 使多余的含铁氧化物积累在金属表面，达到一定厚度， 形 成剥离涂层。（2）钾长石其熔点为 1200，能促进高熔点耐火骨料的烧结，使涂料烧 结成硬而致密的熔融态薄壳。（3）天然含锆硅酸盐类矿物其主要化学成分见表2。该物质含有一定量的蓝晶石相，其在11001650高温下可转变为莫来石 和方石英，方石英在高温下呈熔融态玻璃聚合体，使烧结温度和熔化温度之间具 有较宽的温度区间的特点。莫来石具有很高的耐

5、火度，在1800时仍很稳定， 化学惰性高。 蓝晶石相使涂层与铸件金属的线收缩系数差异增大，使涂料层与铸 件表面产生较大的切应力， 导致涂料层从铸件表层自行剥落。蓝晶石相高温转变 时产生的方石英呈玻璃聚合体，能抵御金属液的渗透， 防止铸件机械性粘砂， 并 且冷却后方石英与铸件的线收缩系数存在的差异也促进了涂料层冷却后的自行 剥落。以上三种助剂复配加入， 使涂料具有较宽的烧结范围，适应壁厚不同、 大小 不一、浇注温度不同的各类铸铁件。烧结助剂的复配比例见表3。3. 悬浮剂为防止涂料在储存和使用的过程中耐火骨料沉淀而加入悬浮剂。悬浮剂的加 入使涂料获得一定的触变性。 当涂料在施涂时受到剪切力，粘度下

6、降， 剪切速率 越大、时间越长、 粘度也就越下降。 悬浮剂的加入量要综合考虑涂料的流挂和流 平。通常使用的悬浮剂有锂基膨润土、有机膨润土、累托石土及凹凸棒土等。锂基膨润土用量一般是耐火骨料的3% 6% ，因其含有较多碱金属和碱土金 属会造成涂料耐火度下降。由于用水预发，涂料含水量高，浇注时发气量大，影 响铸件表面质量； 另外由于涂料含水量高， 造成涂料点火燃烧不完全， 表面存在 较多残渣，影响表面质量。锂基膨润土在水中易吸水膨胀形成稳定的胶体分散体， 但在醇类介质中由于双电荷层受到高度压缩，分散粒子聚集，胶体稳定性较差， 在储存和运输过程中易分层，造成涂料粘度下降，骨料沉降结块，涂料变质。有机

7、膨润土用量少，约为耐火骨料的2% ，不明显降低涂料耐火度，发气量 低，有利于提高铸件质量。 但其预发需用二甲苯， 生产和使用过程会对人产生危 害。累托石土、凹凸棒土等也需用水预发，也存在与锂土膨润土相同的问题。经过筛选，选用一种含有硅酸镁铝白色复合胶态物质做悬浮剂。其主要成分 见表 4。该悬浮剂无毒，无味，不溶于水，可直接加入醇基涂料中进行分散，具有独 特的三维空间链式结构及特殊的针、棒状晶体结构， 因而有不同寻常的胶体和吸 附性能，胶体在 pH3.511 范围内稳定性好。具有优异的增稠性、悬浮性。而且 耐火度高达 1200，加入量少（一般加入量为0.5%2.5%），非常适合作为悬 浮剂用于涂

8、料。4. 粘结剂热塑性酚醛树脂常温粘结力强， 可使涂层获得高的常温表面强度，但发气量 大，加入量大时涂层点燃时易开裂，造成铸件气孔；松香点燃后不易开裂，浇出 的铸件表面光滑，但是其热稳定性差、粘结强度低。因此采用这两种树脂复配， 提高涂料的综合强度，防止涂层点火开裂、避免气孔缺陷的产生。5. 其他组分该涂料为醇基，考虑乙醇的价格较低、毒性小、挥发性较强，选用工业酒精 （乙醇含量不低于95% ）为载液，并加入适量非离子表面活性剂，以提高涂料的 渗透性。6. 配比在耐火骨料铝矾土为主料的基础上，加入烧结助剂，通过考察涂料悬浮性、 涂挂性、流平性、抗流淌性、表面强度及发气量等性能，采用正交试验，确定

9、了 涂料的最佳配比，见表57. 制备预先以载液总量的15% ，溶解酚醛树脂和松香，静置待用。制备工艺：载液总量的 80%+ 悬浮剂高速搅拌机搅拌20min加入酚醛树脂和松 香溶液 +表面活性剂搅拌10min加入铝矾土 +烧结助剂搅拌30min加入载 液总量的 5% 搅拌 15min，调整密度出料。三、涂料性能测试依照砂型铸造用涂料JBT 92262008 标准进行密度、悬浮性、粘度等性 能进行检验。（1）密度 测得涂料的密度为 1.8gcm3 。（2） 悬浮性 将涂料搅拌均匀后倒入100mL具塞量筒中，加至 100mL刻度线， 静置 8h，且每隔 2h 观察沉降情况，记录结果见表6。（3）粘度

10、 按照规定采用标准涂 -6 粘度杯，时间为 10s。（4） 发气量 使用 SFL记录式发气性测定仪， 测定 1000发气量为 18mL g。（5）高温抗裂性将涂料刷涂到试样上，在150鼓风干燥烘箱中烘干1h， 放入 1200马弗炉中 3min 后取出观察涂料表面，未发现涂料与试样有剥离现象， 涂料表面光滑无裂纹。四、涂料的应用该涂料分别在我单位铸造分厂、北仁机械厂的大小铸件上进行了使用。 浇注的铸件有转子（材质QT600-3，毛坯重量 90kg，外形尺寸直径 400mm ，铸件 平均厚度 150mm ，浇注温度 1340；侧盖（材质 HT300 ，毛坯重量 100kg，外形 尺寸直径 500m

11、m ，铸件平均厚度 100mm ，浇注温度 1330。）；电动机壳体（材 质 HT300 ， 毛坯重量 130kg， 外形尺寸 400mm 500mm 120mm ， 铸件平均厚度 120mm ， 浇注温度 1330）；十字头轴承座（材质球墨铸铁，毛坯重量380kg，外型尺寸 890mm 550mm 270 mm ，铸件最薄处100 mm ，铸件最厚处 ,250mm ，浇注温度 1420）。造型、制芯均采用酸自硬呋喃树脂砂工艺。其中十字头轴承座铸件相 关照片见图 1、图 2、图 3。图 1 十字头轴承座砂型涂刷点火后状态图 2 十字头轴承座铸件清理打箱后状态图 3 十字头轴承座铸件喷丸后状态五、结语生产应用结果表明： 该涂料涂刷、 渗透性、流平性、抗流淌性和抗裂性均好， 形成的涂层强度高， 抛丸清理后铸件表面光洁， 无粘砂和气孔夹砂缺陷， 大幅提 高了清理效率。